(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子と接地端子との間に接続され、放電ギャップを有するガスアレスタと、前記ガスアレスタに近接配置され、サージ電流による前記ガスアレスタの放電時の発光を検知する受光部とを備えた劣化警報機能付きＳＰＤであって、
前記受光部からの出力が、ガスアレスタの発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かを判定する制御部と、前記制御部の出力に基づいて劣化警報を表示する表示部とを具備したことを特徴とする劣化警報機能付きＳＰＤ。
【請求項２】
前記受光部からの出力に基づいて、前記ガスアレスタの発光回数を表示するカウンタを備えている請求項１に記載の劣化警報機能付きＳＰＤ。
【請求項３】
前記ガスアレスタを含むＳＰＤ構成部品が実装された第一の配線基板と、前記受光部、制御部および表示部が実装された第二の配線基板とをケース内に収容し、前記第一の配線基板と第二の配線基板とを微小隙間を介して平行配置し、第二の配線基板上の受光部を、第一の配線基板上のガスアレスタに対してその第一の配線基板に形成された窓孔を介して対向配置した請求項１又は２に記載の劣化警報機能付きＳＰＤ。
【請求項４】
前記電線端子を第一の配線基板と第二の配線基板とで共通とし、前記第二の配線基板にサージ遮断用トランスを実装して前記電源端子に接続した請求項１〜３のいずれか一項に記載の劣化警報機能付きＳＰＤ。
【請求項５】
前記受光部からの出力を含む劣化情報を外部へ送出する接点出力端子を設けた請求項１〜４のいずれか一項に記載の劣化警報機能付きＳＰＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分電盤内の電源回路や電話回線などの通信回線において使用され、直撃雷や誘導雷によるサージ電圧を吸収して直撃雷や誘導雷から機器を保護する劣化警報機能付きＳＰＤ（Surge Protective Device：サージ防護デバイス）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば直撃雷や誘導雷による雷害を防止する目的から、単相あるいは三相交流電路などにおいて、電気機器と大地間に、直撃雷や誘導雷による過渡的な過電圧を制限してサージ電流を分流するデバイスとしてＳＰＤが設置されている。このＳＰＤとしては、バリスタやガスアレスタ等の保護素子を備えたものがある。
【０００３】
この種のＳＰＤにおいて、バリスタやガスアレスタ等の保護素子はサージ電圧が繰り返し印加されることにより次第に劣化し、バリスタの動作開始電圧やガスアレスタの放電開始電圧が規格外になるなど、保護機能が経時的に減退する。
【０００４】
そのため、保護素子の劣化を早期に検出して交換などを行うため、従来では、サージ電圧の印加による保護素子の動作回数をカウントし、その計数された動作回数に基づいて保護素子の劣化状態を把握しようとするカウンタ機能付きＳＰＤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１は、ガスアレスタ等の放電素子の放電回数をカウントするものであり、放電素子の放電時の発光を検出するセンサと、そのセンサで検出された発光回数をカウントするカウンタと、そのカウンタの作動用電池とを備え、前述のセンサとしてフォトトランジスタを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述の特許文献１に開示されたカウンタ機能付きＳＰＤでは、放電素子の放電時の発光をフォトトランジスタで検出し、その検出された発光回数をカウンタに表示することで、放電素子の劣化状態を把握するようにしている。
【０００８】
しかしながら、放電素子の発光回数だけでその放電素子の劣化状態を把握することは困難である。つまり、落雷などにより流入するサージ電流には大小様々な大きさのものがあり、小さなサージ電流が繰り返し流入した場合には、放電素子の発光回数が多くなってもその放電素子はそれほど劣化しておらず、逆に、大きなサージ電流が繰り返し流入した場合には、放電素子の発光回数が少なくてもその放電素子がかなり劣化していることになる。このように、放電素子の発光回数だけでは、その放電素子の劣化状態を正確に把握することが困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、保護素子の劣化を正確に把握して信頼性の向上を図り得る劣化警報機能付きＳＰＤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電源端子と接地端子との間に接続され、放電ギャップを有するガスアレスタと、そのガスアレスタに近接配置され、サージ電流によるガスアレスタの放電時の発光を検知する受光部とを備えた劣化警報機能付きＳＰＤであって、受光部からの出力が、ガスアレスタの発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かを判定する制御部と、その制御部の出力に基づいて劣化警報を表示する表示部とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、ガスアレスタの発光時間がガスアレスタに印加されたサージ電流の大きさに比例することに着眼し、そのガスアレスタの発光時間に基づいて劣化状態を判定するための閾値を設定する。この閾値としては、ガスアレスタの発光が所定時間以上であると、ガスアレスタに印加されたサージ電流が所定の値以上であると判断することができ、この所定値以上のサージ電流が所定回数だけ印加された場合とする。このようにして設定された閾値に基づいて制御部の出力でもって劣化警報を表示部で表示する。
【００１２】
本発明における受光部からの出力に基づいて、ガスアレスタの発光回数を表示するカウンタを備えている構造が望ましい。このようにすれば、ガスアレスタの発光回数だけでなく、ガスアレスタの発光時間に基づくサージ電流の大きさを把握することができる。
【００１３】
本発明では、ガスアレスタを含むＳＰＤ構成部品が実装された第一の配線基板と、受光部、制御部および表示部が実装された第二の配線基板とをケース内に収容し、第一の配線基板と第二の配線基板とを微小隙間を介して平行配置し、第二の配線基板上の受光部を、第一の配線基板上のガスアレスタに対してその第一の配線基板に形成された窓孔を介して対向配置した構造が望ましい。このようにすれば、スペースの有効利用を図りながら、ガスアレスタに対して受光部を近接配置することが容易となる。
【００１４】
本発明では、電線端子を第一の配線基板と第二の配線基板とで共通とし、その第二の配線基板にサージ遮断用トランスを実装して電源端子に接続した構造が望ましい。このようにすれば、第二の配線基板に実装された受光部、制御部および表示部を電池で駆動することなく交流電源で駆動することができる。この場合、交流電源を直流変換する必要がある。
【００１５】
本発明では、受光部からの出力を含む劣化情報を外部へ送出する接点出力端子を設けた構造が望ましい。このようにすれば、劣化情報を接点出力端子から外部へ送出することができるので、劣化情報に基づく遠方監視が実現可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受光部からの出力が、ガスアレスタの発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かを判定する制御部と、その制御部の出力に基づいて劣化警報を表示する表示部とを具備したことにより、サージ電流の大きさに比例するガスアレスタの発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かを制御部で判定し、その判定結果に基づいて劣化警報を表示部で表示する。これにより、ガスアレスタの劣化を正確に把握してＳＰＤの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態で、劣化警報機能付きＳＰＤの概略回路構成を示すブロック図である。
【図２】ＳＰＤにおけるカウンタ機能および劣化警報機能を説明するためのフローチャートである。
【図３】サージ電流の大きさとガスアレスタの放電時の発光時間との関係を示す特性図である。
【図４】ＳＰＤに内蔵された第一の配線基板で、（Ａ）はＳＰＤ上側から見た正面図、（Ｂ）はＳＰＤ下側から見た背面図である。
【図５】ＳＰＤに内蔵された第二の配線基板で、（Ａ）はＳＰＤ上側から見た正面図、（Ｂ）はＳＰＤ下側から見た背面図である。
【図６】第一の配線基板と第二の配線基板とを組み付ける前の状態を示す側面図である。
【図７】第一の配線基板と第二の配線基板とを組み付けた後の状態を示す側面図である。
【図８】第一の配線基板と第二の配線基板とをケースに組み込んだ状態を示す断面図である。
【図９】第一の配線基板と第二の配線基板とを組み込んだケースの前面を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る劣化警報機能付きＳＰＤの実施形態を、図面を参照しながら以下に詳述する。以下の実施形態では、交流単相３線式あるいは交流三相３線式の配電線に接続された分電盤の内部に設置され、保護素子であるバリスタやガスアレスタの劣化を警報する機能を具備したＳＰＤを例示する。また、以下の実施形態ではバリスタとガスアレスタとで回路構成したＳＰＤについて説明するが、ガスアレスタのみで回路構成したＳＰＤについても適用可能である。
【００１９】
図１は本発明の実施形態におけるＳＰＤの概略回路構成を示す。このＳＰＤは、同図に示すように三つの電源端子１〜３と一つの接地端子４との間に接続され、低溶融金属合金からなる温度ヒューズ５〜７と、ＺｎＯを主成分とするバリスタ８〜１１と、放電ギャップを有するガスアレスタ１２とを主要な構成要素として回路構成されている。
【００２０】
つまり、各電源端子１〜３に、温度ヒューズ５〜７とバリスタ８〜１０の直列回路を接続し、それぞれの直列回路のバリスタ側を共通に接続し、その共通接続点と接地端子４との間に、バリスタ１１とガスアレスタ１２の直列回路を接続している。電源端子１〜３間における二つのバリスタ８〜１０で線間サージを均等に分担して吸収し、端子間における一つのバリスタ８〜１０と、接続中点と接地端子４間における共通のバリスタ１１とで対地間サージを吸収する。
【００２１】
また、温度ヒューズ５およびバリスタ８の接続点と、温度ヒューズ６およびバリスタ９の接続点と、温度ヒューズ７およびバリスタ１０の接続点との間には、二つの動作ランプ（ＬＥＤ）１３，１４がそれぞれ接続されている。この動作ランプ１３，１４は、図示していないが、一般に使用されているような保護抵抗器と逆方向の電圧から保護するための保護ダイオードを備えている。通常時には、動作ランプ１３，１４が点灯した状態にある。温度ヒューズ５〜７はバリスタ８〜１１に近接した位置に配置されており、バリスタ８〜１１の劣化による異常発熱を検知した時点で溶断する。この温度ヒューズ５〜７の溶断により動作ランプ１３，１４が電源端子１〜３から切り離されることによってその動作ランプ１３，１４が消灯する。この動作ランプ１３，１４の消灯によりバリスタ８〜１１の完全劣化を表示する。
【００２２】
また、この実施形態のＳＰＤは、前述したＳＰＤ構成回路１５に加えて、サージカウント機能および劣化警報機能を発揮する制御回路１６を具備する。この制御回路１６は、ガスアレスタ１２に近接配置され、サージ電流によるガスアレスタ１２の放電時の発光を検知する受光部であるフォトトランジスタ１７と、フォトトランジスタ１７からの出力に基づいてカウンタ１９および警報ランプ（ＬＥＤ）２０を制御する制御部であるＣＰＵ１８と、そのＣＰＵ１８の出力に基づいてガスアレスタ１２の発光回数を表示する７セグメント等のカウント表示器であるカウンタ１９と、ＣＰＵ１８の出力に基づいて発光することにより劣化警報を表示する表示部である警報ランプ２０と、動作ランプ１３，１４の消灯によるバリスタ８〜１１の完全劣化、カウンタ１９の表示によるガスアレスタ１２の発光回数や、警報ランプ２０の点灯によるバリスタ８〜１１の劣化警報などの情報を外部信号として出力するための接点出力端子２１とを具備する。
【００２３】
なお、ＳＰＤ構成回路１５の電線端子１，２を制御回路１６で共用とし、その電源端子１，２にサージ遮断用トランス２２の一次側を接続してそのトランス２２の二次側に整流回路２３および電圧調整回路２４を介してＣＰＵ１８、カウンタ１９および警報ランプ２０に接続して電源供給するようにしている。このようにＳＰＤ構成回路１５と制御回路１６とで電源端子１，２を共通とすることにより、制御回路１６に電池を使用することなく、その制御回路１６に電源電圧を供給することができる。
【００２４】
以上の構成からなるＳＰＤでは、前述したように、バリスタ８〜１１の完全劣化による異常発熱で温度ヒューズ５〜７が溶断して動作ランプ１３，１４が消灯するが、バリスタ８〜１１が完全劣化に至るまでの通常時、動作ランプ１３，１４の点灯中においては、落雷などによるサージ電流が電源端子１〜３から接地端子４へ向けて流れると、ガスアレスタ１２が放電により発光する。
【００２５】
このサージ電流によるガスアレスタ１２の放電時の発光をフォトトランジスタ１７で検知する（図２のSTEP１参照）。ＣＰＵ１８では、このフォトトランジスタ１７からの出力に基づいてガスアレスタ１２の発光回数を算出する（図２のSTEP２参照）。このＣＰＵ１８からの出力に基づいてガスアレスタ１２の発光回数をカウンタ１９で表示する。ここで、図３に示すように、ガスアレスタ１２の発光時間は、小電流域からかなりの大電流域に亘って、バリスタ８〜１１やガスアレスタ１２に流れる電流の大きさにほぼ比例して増大する。
【００２６】
そこで、ＣＰＵ１８では、ガスアレスタ１２の発光時間に基づいて劣化状態を判定するための閾値が設定されている。この閾値としては、ガスアレスタ１２の発光が１０ｍｓ以上であると、バリスタ８〜１１やガスアレスタ１２に印加されたサージ電流Ｉmaxが１０ｋＡ以上であると判断することができる（図３参照）。このガスアレスタ１２の発光時間１０ｍｓを３回検出した場合（図２のSTEP３，４参照）、１０ｋＡ以上のサージ電流を３回処理したと判断する。このようにして設定された閾値に基づいてＣＰＵ１８の出力でもって警報ランプ２０を点灯させて劣化警報を表示する（図２のSTEP５参照）。以上の閾値は一例であり、ガスアレスタ１２の発光時間および検出回数の設定は任意である。
【００２７】
このように、ガスアレスタ１２の発光回数だけでなく、ガスアレスタ１２の発光時間に基づくサージ電流の大きさを把握することで、そのサージ電流の大きさに比例するガスアレスタ１２の発光時間に基づいて設定された閾値を超えるか否かをＣＰＵ１８で判定し、その判定結果に基づいて警報ランプ２０の点灯でもって劣化警報を表示することにより、バリスタ８〜１１およびガスアレスタ１２の劣化を正確に把握してＳＰＤの信頼性を向上させることができる。
【００２８】
このＳＰＤは、図４（Ａ）（Ｂ）に示すようにバリスタ８〜１１およびガスアレスタ１２を含むＳＰＤ構成部品が実装された第一の配線基板３１と、図５（Ａ）（Ｂ）に示すようにフォトトランジスタ１７、ＣＰＵ１８および警報ランプ２０が実装された第二の配線基板３２とを具備する。この第一の配線基板３１でＳＰＤ構成回路１５を構成し、第二の配線基板３２で制御回路１６を構成する（図１参照）。
【００２９】
第一の配線基板３１は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように一辺部に三つの電源端子１〜３が設けられると共にその対向辺部に一つの接地端子４が設けられ、表面側に完全劣化表示用の二つの動作ランプ１３，１４が実装され、その裏面側に四つの円盤状バリスタ８〜１１および一つのガスアレスタ１２が実装されている。なお、三つの温度ヒューズ５〜７は、低溶融金属合金を用いた切り離し機構として設けられている。また、ガスアレスタ１２が実装された部位には、窓孔３３が形成されている。
【００３０】
第二の配線基板３２は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように表面側にＣＰＵ１８、７セグメントのカウンタ１９および劣化警報表示用の警報ランプ２０が実装され、その裏面側にフォトトランジスタ１７およびトランス２２が実装されている。なお、第一の配線基板３１に実装された二つの動作ランプ１３，１４が挿通される二つの貫通孔３４，３５が形成されている。また、接点出力端子２１とリード線を介して接続されるコネクタ３６が設けられている。
【００３１】
図６および図７に示すように、第一の配線基板３１と第二の配線基板３２とを微小隙間を介して平行配置する。この時、第二の配線基板３２上のフォトトランジスタ１７が第一の配線基板３１上のガスアレスタ１２に対して窓孔３３を介して対向配置される。これにより、ガスアレスタ１２に対してフォトトランジスタ１７を近接配置している。また、第二の配線基板３２上のトランス２２は、第一の配線基板３１の切り欠き凹部３７に配置される。さらに、第一の配線基板３１上の動作ランプ１３，１４が第二の配線基板３２の貫通孔３４，３５に挿通されている。このようにして、第一の配線基板３１と第二の配線基板３２とで各部品についてスペースの有効利用を図りながら配置している。
【００３２】
図８および図９に示すように第一の配線基板３１および第二の配線基板３２を樹脂製ケース３８に収容する。図示のケース３８は上部ケース３９と下部ケース４０との二分割構造を例示するが、他の構造のものであってもよい。このケース３８の前面には、７セグメントのカウンタ１９、完全劣化表示用の動作ランプ１３，１４および劣化警報表示用の警報ランプ２０が配置されている。
【００３３】
また、ケース３８の一辺部には三つの電源端子１〜３が配置され、対向辺部には一つの接地端子４および接点出力端子２１が配置されている。この接点出力端子２１は、警報ランプ２０からの出力を含む劣化情報を外部へ送出するもので、接点出力端子２１から延びるリード線４１の先端を、第二の配線基板３２に設けられたコネクタ３６に接続することにより、第二の配線基板３２上に実装されたＣＰＵ１８と電気的に接続されている。このように、劣化情報を接点出力端子２１から外部へ送出することができるので、劣化情報に基づく遠方監視が実現可能となる。
【００３４】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３５】
１〜３  電源端子
４  接地端子
８〜１１  バリスタ
１２  ガスアレスタ
１７  受光部（フォトトランジスタ）
１８  制御部（ＣＰＵ）
１９  カウンタ
２０  表示部（警報ランプ）
２１  接点出力端子
２２  サージ遮断用トランス
３１  第一の配線基板
３２  第二の配線基板
３３  窓孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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